JP2007506866A - 分解炉用ラジアントチューブ - Google Patents
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Abstract
分解炉に用いるラジアントチューブを開示。分解が起きる温度まで外部から加熱されているラジアントチューブ内に炭化水素を流して分解し、エチレンにする。ラジアントチューブは、Ｆｅに１０〜２５wt％のＣｒ、１〜１０wt％のＡｌ、１．５〜５wt％のモリブデンを添加したＦｅＣｒＡｌ材料で作製されている。任意成分として、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素、酸素から成る群から選択した１種以上の合金成分を合計で２．２wt％以下、望ましくは２．０wt％以下、更に望ましくは１．０wt％以下の量で含有する。
Description
本発明は、分解炉、特にエチレン分解炉用として十分なクリープ強度、延性、寿命を有する材料で形成したラジアントチューブに関する。
以下の従来技術の説明においては、特定の構造および方法に言及する。しかし、以下における言及は下記の構造および／または方法が先行技術であることを認めるという意味ではない。本出願人は、以下に言及する構造および／方法が本発明に対して先行技術としての地位を持たないことを表明する権利を積極的に留保する。
分解炉あるいはエチレン炉においては、炭化水素が分解してエチレンＨ２Ｃ＝Ｈ２Ｃとなり、これをプラスチック工業の原材料とする。
分解を行なうには、エチレンの生成に十分な高温、例えば１１００℃程度に予め周囲のバーナーで加熱しておいたラジアントチューブに炭化水素を装入する。
典型的には、ラジアントチューブは上記のような高温に長時間耐える必要がある。そのため通常は、ラジアントチューブはＦｅＣｒＡｌ材料で作製されている。この材料を用いる一つの理由は、加熱・冷却に対する耐久性があることに加えて、チューブの外表面および内表面に緻密な酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３が生成することである。この酸化物は、Ｆｅがコークス生成の触媒として作用する場合、チューブ内を流れるガスとＦｅの接触を防止する。チューブ内にコークスが生成すると、チューブ内壁に付着堆積し、チューブ内のガス流が少なくなるし、チューブ内への熱伝達も減少する。コークスによってチューブが完全に閉塞することもある。
スエーデン特許第４６７４１４号には、ＦｅＣｒＡｌ材料にコバルト、ニッケル、シリコン、マンガン、ジルコニウム、チタンと少量のイットリウムおよびハフニウムとを添加し、１０５０℃で熱処理して、長さ５ｍｍ以上、長さ／断面積の比が１０〜１である非常に細長い粒子を形成することにより、クリープ強度を高めることが開示されている。この材料でラジアントチューブを作製している。
スエーデン特許第５１３９８９号には、ガスアトマイズ法によりＦｅＣｒＡｌ材料を製造する方法が開示されている。ガスアトマイズの問題として、チタンを含有するＦｅＣｒＡｌ材料を製造する際に、アトマイズ前の装入材料中にＴｉＮおよびＴｉＣの小粒子が生成し、これがアトマイズ用の溶湯ノズルに捕捉されてノズル閉塞を起こす。その対策としてスエーデン特許第５１３９８９号は、アトマイズ用の装入材料のタンタル含有量を０．０５〜０．５０wt％とすると共にチタン含有量を０．１０wt％未満とすることを提案している。スエーデン特許第５１３９８９号には、モリブデン（Ｍｏ）を含有しても良いと記載されている。
更に、スエーデン特許第４６７４１４号には、クリープ強度を高めた材料が開示されている。しかし、クリープ強度、延性、寿命に対する要求水準が更に高まっている。また、従来よりも高い温度で長時間の耐久性がある、より長尺のチューブが求められている。
そこで本発明は、ラジアントチューブを炭化水素の分解が起こる温度に外部から加熱し、チューブ内を流れる炭化水素を分解してエチレンにする分解炉用ラジアントチューブに関し、該チューブは、Ｆｅに１０〜２５wt％のＣｒ、１〜１０wt％のＡｌ、１．５〜５wt％のＭｏを添加したＦｅＣｒＡｌ材料で作製されていることを特徴とする。任意成分として、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素および酸素から成る群から選択された１種以上の合金成分を、合計で２．２wt％以下、望ましくは２．０wt％以下、更に望ましくは１．０wt％以下の量で含有する。
本実施形態においては、内部を流れる炭化水素を分解してエチレンにする分解炉用ラジアントチューブを説明する。このラジアントチューブは外部から分解温度に加熱される。典型的には、加熱温度はガス流入口で９００℃、ガス流出口で１１２５℃である。
一実施例として、Ｆｅに１０〜２５wt％のＣｒ、１〜１０wt％のＡｌ、１．５〜５wt％のＭｏを添加したＦｅＣｒＡｌ材料でチューブが作製されている。
本発明の材料は、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素、酸素のうちの１種以上の合金成分を少量含有することが望ましい。例えば、一実施例として、本発明の材料はタンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素、酸素から成る群から選択された１種以上の合金成分を、合計で２．２wt％以下、望ましくは２．０wt％以下、更に望ましくは１．０wt％以下の量で含有する。
非常に望ましい実施形態においては、本発明の材料は、２〜３．５wt％のモリブデンを含有する。モリブデンの含有量は多過ぎてはいけないが、それでもスエーデン特許第４６７４１４号の材料に比べれば強度的に有利である。その理由は、モリブデンの含有量が多過ぎると、揮発性のモリブデン酸化物ＭｏＯ３が生成し、これが気化して蒸発するからである。そのため、モリブデン含有量が減少すると、強度が減少する。
望ましい実施形態によれば、チューブを作製するのに望ましい材料は、温度１１００℃、荷重２．２ＭＰａにおける破断時間が１００，０００時間以上であるクリープ強度を持つ材料である。このクリープ強度はスエーデン特許第４６７４１４号に開示されている材料で作製されたチューブのクリープ強度のほぼ２倍に相当する。
クリープ強度が高くなれば必然的にチューブの寿命も長くなる。
強度が高くなれば従来の分解チューブよりも長尺に作製できる。典型的には分解チューブは長さ１０〜１７ｍのものがある。このようなチューブは２本以上のチューブを長さ方向に溶接して作製される。望ましい実施形態においては、１本のチューブで長さ１０ｍを超えるものが作製できる。
もう一つの実施例では、チューブの材料として、合金成分の含有量を低下させたものを用いる。
以上、本発明の望ましい実施形態について説明したが、特許請求の範囲の範囲内において種々の変更が可能である。
Claims (6)
- 炭化水素分解炉に用いるラジアントチューブにおいて、下記：
Ｃｒ：１０〜２５wt％、
Ａｌ：１〜１０wt％、
Ｍｏ：１．５〜５wt％、および
残部：Ｆｅ
から成る材料で作製されたことを特徴とするラジアントチューブ。 - 請求項１において、上記材料が、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素および酸素から成る群から選択された１種以上の合金成分を合計で２．２wt％以下の量で含有することを特徴とするラジアントチューブ。
- 請求項２において、上記材料が、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素および酸素から成る群から選択された１種以上の合金成分を合計で２．０wt％以下の量で含有することを特徴とするラジアントチューブ。
- 請求項３において、上記材料が、タンタル、ハフニウム、ジルコニウム、イットリウム、窒素、炭素および酸素から成る群から選択された１種以上の合金成分を合計で１．０wt％以下の量で含有することを特徴とするラジアントチューブ。
- 請求項１において、上記材料が２〜３．５wt％のＭｏを含有することを特徴とするラジアントチューブ。
- 請求項１において、上記材料が、温度１１００℃、荷重２．２ＭＰａの条件下で破断時間１００，０００時間を越えるクリープ強度を有することを特徴とするラジアントチューブ。
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